(整理)机械设计大作业千斤顶.

1、精品文档哈尔滨工业大学机械设计大作业设计计算说明书题目： 系别 班号 姓名 学号日期：哈尔滨工业大学 机械设计作业任务书 设计题目：螺旋起重器是一种简单的起重装置， 用手推动手柄即可提升重 物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组 成。已知数据：起重量： 40kN 最大起重高度： 200mm。精品文档目录一、设计题目 2二、螺母、螺杆选材 2三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算 23.2 螺杆强度校核 23.3 螺纹牙强度校核 33.4 螺纹副自锁条件校核 43.5 螺杆稳定性校核 4四、螺母外径及凸缘设计 5五、手柄设计 5六、底座设计 6七、其余各部分尺寸及参数 7八

2、、参考资料 7一、设计题目螺旋起重器（千斤顶） 已知条件：起重量Fq=40KN,最大起重高度H=200mm。二、螺杆、螺母选材本千斤顶设计采用梯形螺纹螺旋传动。由于螺杆承受载荷较大，而且是小截面，故选用45#钢，调质处理。查参考文献2表10.2得c s=355MPa, c b=600MPa由于千斤顶属于低速重载的情况，且螺母与螺杆之间存在滑动磨损，故螺母采用强 度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜 ZCuAI10Fe3 托盘和底座均采用铸铁材料。三、螺杆、螺母设计计算3.1耐磨性计算螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜 ZCuAI10Fe3，有参考文献1表5.8，查得 p=1825MPa ,从表5.

3、8的注释中可以查得，人力驱动时p值可增大20% ,则 p=21.630MPa，取p=25MPa。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹，d2 -0.8 /,对于整体式螺母， =1.2 2.5，取'-：=2.0式中：d2螺纹中径，mm;F螺旋的轴向载荷，N ; H 螺母旋合高度，mm;'引入系数，=H/d2；p材料的许用压强，MPa;I FJ4Q0QQ代入数据，那么有d2>0.8J菊 =0.8= 22.6mm。查参考文献3表11.5试取公称直径d=32mm,螺距p=3mm,中径d2=30.5mm,小径d1=28.5mm,内螺纹大径D4=28.5。3.2螺杆强度校核千斤顶

4、螺杆危险截面受轴向力 F和扭转力矩T1的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的 摩擦转矩。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为d1: d1式中：d1螺杆螺纹的小径(mm);螺杆材料的许用应力(MPa);F 螺杆所受的轴向载荷(N);T1螺杆所受转矩(N mm)。查阅参考文献1表5.10得钢对青铜的当量摩擦系数f=0.080.10,取f=0.09，螺纹副当量摩擦角=arctanf=arctan0.09=5.1427d 2=F tan( F 】')亍=40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210(Nmm)查参考文献15.9可以查得螺杆材料的许用应力.一 =

5、3; ，一 =355MPa,用=71118MPa,取用=95MPa。(4 * 40000)2 Ln* 28. 52 )3(兀16 * 75210)2 * 28. 53 )二 68. 9MPa z 门二 95MPa满足螺杆强度要求。3.3螺纹牙强度校核因为螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上，故 可只校核螺母螺纹牙强度。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：FzP4bMl式中 F轴向载荷(N)；D4螺母螺纹大径(mm);Z螺纹旋合圈数，Z取10；b螺纹牙根部厚度(mm)，对于梯形螺纹b=0.65p代入数据计算= 20.1MPa_40000T = 10 XttX 32.5x1.

6、95由参考文献1表8.12可以查得螺杆材料的许用剪切应力.前*区F址一 < t|，螺母满足剪切强度要求。螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为:3F1z0b2十b式中:l 弯曲力臂,32.5-30.5 WW 二精品文档其它参数同上。代入数据计算3 X 40000 X 1% = = 30,909MPab IOXttX32,5 X 1.952由参考文献1表5.9，可以查得螺母材料的许用弯曲应力毛-£7加二.，取(T b=50MPa。根据计算可知_ < KI，螺母螺纹牙满足强度条件。即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。3.4螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件：申=讥 p'arctan

7、f式中：一一一螺纹螺旋升角(°) , ： - :./.'.i. '当量摩擦角(° );n螺纹线数，n=1;p螺纹螺距(mm);d2螺纹中径(mm)；.当量摩擦系数，由参考文献1表8.13可知，得=0.080.10,取-=0.09;代入数据:一二m 一工二： -pr = arctan/f = arctan 0.09 = S.143D由计算可知】w 一，螺纹副满足自锁条件要求。3.5螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度H=200mm.则螺杆的最大工作长度,H螺母，L =150 -螺母 h1 l退刀槽式中 H螺母螺母高度(mm)， H螺母=ZP=10*3mm=30

8、mm精品文档精品文档l退刀槽螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，l退刀槽=9mm假设手柄直径为d1=20mm,由尺寸经验公式 h1 =(1.82)d1=3640mm 取 h1=38mmJ则 L=200+15+38+9=248mm则螺杆的柔度r PL4 AL扎=id1式中J长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取=2;di 螺纹小径，di=28mm。i 螺杆危险截面的惯性半径(mm),i =宾今, 其中A为危险截面的面积(mm2)。代入数据计算4X2X262X = 73.5428对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷 Fc为：2340兀 d121 0.00013 4式中E 螺杆材料的

9、弹性模量；4I螺杆危险截面的轴惯性矩(mn4), I 丄；64口340 V nd2Fq _ 1 + 0.00013AX 4代入数据计算340n X 2821 + 0.00013 X 73.54z X 4 一 127363N那么，由压杆稳定条件fg _ 127368F - 40000=:二2.5故螺杆满足稳定性要求。四、螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径 D2 1.5d=1.5 x 32=48mm;螺母凸缘外径 D3" 1.4D2=1.4 x 48=67.2mm取 D3 =70mm螺母凸缘厚 b=(0.20.3)H=(0.20.3) x 30=69mm 取 b=8mm五、手柄设计

10、加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩T1和托杯支撑面间的摩擦力矩精品文档T2。设加在手柄上的力Fi=300N手柄长度为Li，则有Fi Li = T i +T2。对于Ti和T2,有% 二 F tan( F 】')d2 =40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210N mmfF D -(24)3 - (Di 2)3' 2 23 D -(24) -(Di 2)根据经验公式，D=( i.6i.8)*32mm=5i.257.6mm 取 D=52mmD=( 0.60.8)*32mm=i9.225.6mm 取 D=24mm托杯材料选择铸铁，手柄选择 Q2i

11、5摩擦因数f=0.i2,贝UfF D 一(24)3 -(Di 2)3丁 D -(24)2 -Q 2)2914162 mm那么手柄长度7S210+91416300取 Li =200mm,加套筒长 400mm。精品文档设手柄所受最大弯曲应力为c ,查参考文献2表i0.i,；s二205MPa,查参考文献2,得上b s ，贝U 4b 】=i02.5i37MPa取卜b】=ii0MPa。 i.5 2则手柄直径di应满足二=甘=%型止，专化为:nXllO=24.74mm取手柄直径di=26mm。六、底座设计螺杆下落至底面，再留2030mm的空间，底座铸造起模斜度i:i0,壁厚二8mm 由经验公式，S=(i.

12、52) =i2i6mm,取 S=i6mmoD5由结构设计确定，D5=ii0mm。D4=i.4D5=i.4*ii0=i54mm结构确定后校核下底面的挤压应力：二 p =40000*4 /3.i4*(i54A2 i04A2)=4.38MPa底面材料选择铸铁HTi00,查表得铸铁件壁厚为2.520mm，匚b - i30MPa，二p =(0. 4 0.5)6 (0. 4 0. 5) * i30 (52 - 65)MPa0显然，二p订匚p，底面强度满足设计要求。七、其余各部分尺寸及参数Dt =(2. 0 2. 5)b =(2.0 2. 5) * 32 =(64 80)mm。，取 DT=70mm；D =

13、(1. 6 1. 8)d =(1.6 1. 8) * 3 (51.2 57. 6)mm,取 D=52mm；D1 =(0. 6 0. 8)d = (1. 6 1. 8) * 32 = (19. 2 25. 6)mm,取 D1 =24mm;D2 =1.5d = 1.5*32mm = 48mm；D3=1.4D2= 1.4*48mm = 67.2mm,取 D3 = 70mm；h = (0. 8 1)D = (0. 8 1) * 52 = (41. 6 52)mm,取 h =48mm；h1=(1.82)di=3640mm 取 h1=38mm ；h2 =(0.6 0.8)D1 =(0.6 0.8) *24 = 14.4 19.2mm，取 h2=16mm；d3 =(0.25 0.3)D(0.25 0.3)* 24 =6 7.2mm，取 d3=6mm；a 6 - 8mm, 取 a =8mm；t 6 - 8mm，取 t =8mm。固定托盘用的挡圈内径 8mm，外径38mm,厚5mm;螺钉GB/T5783-2000A M8 螺杆底部挡圈内径 8mm，外径38mm，厚5mm;螺钉 GB/T5783-2000A M8 X16。 紧定螺钉 GB/T71-1985 M8 X 20。其余铸造圆角，取R=4mm。底座高度为240mm螺旋起重器(千斤顶)装配图见 A2图纸。八、